UTILIZACIÓN DE MICROTURBINAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL. Proyecto MICROPHILOX

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1 UTILIZACIÓN DE MICROTURBINAS PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL BIOGÁS DE VERTEDERO: Proyecto MICROPHILOX Elísabet González Técnico I+D CESPA II Congreso Internacional de MTD en vertederos 11 de Noviembre de 2010 Bilbao

2 ÍNDICE Introducción Vl Valorización ió energética del dlbiogás Proyecto MICROPHILOX Conclusiones

3 ÍNDICE Introducción Vl Valorización ió energética del dlbiogás Proyecto MICROPHILOX Conclusiones

4 INTRODUCCIÓN CESPA forma parte de Ferrovial Servicios y presta servicios urbanos e industriales en el ámbito medioambiental desde hace más de 35 años. Los servicios urbanos son prestados en su mayoría a Autoridades Locales e incluyen: Limpieza viaria Jardinería Mantenimiento del alcantarillado Recogida de residuos municipales Los servicios industriales son prestados tanto a clientes públicos como privados e incluyen: Recogida de residuos industriales y peligrosos Gestión y tratamiento de residuos municipales, industriales y peligrosos a través de plantas de transferencia, plantas de selección, plantas de compostaje, así como depósitos controlados. Consultoría ambiental y servicios de auditoría Limpieza industrial Líder de mercado en la gestión de depósitos controlados, así como en los servicios de jardinería. Entre las cinco primeras empresas en el resto de áreas de actividad Departamento I+D desde 1999

5 ÍNDICE Introducción Vl Valorización ió energética del dlbiogás Proyecto MICROPHILOX Conclusiones

6 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS El biogás es un término conjunto referente a los gases generados en el interior de un depósito controlado. Es un gas saturado consistente en metano (CH 4 )ydióxidode carbono (CO 2 ) con trazas de componentes contaminantes. Reducir problemas impacto ambiental: Directiva 1999/31/CE del consejo de 26 de abril de 1999 relativa al vertido de residuos Contribución a la diversificación energética COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS 1 m³ Biogás con un contenido del 50% en CH 4 : 0,5 m³ gas natural CH 4 (45-55%) CO 2 (35-40%) 0,6 L gasolina 09L 0,9 alcohol l combustible kcal/nm³ H 2 S Siloxanos, Cl, F, O 2 (1-1,5%) N 2 (5-8%) 0,5 L fuel-oil 4,9 kwh electricidad 0,2 kg carbón

7 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS PORTUGAL: Planalto Beirao Lipor Famalicao 38 DEPÓSITOS CONTROLADOS GESTIONADOS POR CESPA t GESTIONADAS EN EL AÑO 2009 GALICIA: CASTILLA Y PAÍS VASCO: CATALUÑA: As Somozas Arteixo LEON: Miranda de Ebro Soria Getxo Larrabetzu Zalla Mutiloa Palautordera Hostalets de Pierola Orís Reus El Papiol Valls DATOS RECUPERACIÓN ENERGÉTICA 2009 (CESPA) m³ CH 4 recuperado en 2009 (37% del total) MWhe y MWht generados teq CO 2 evitadas a la atmósfera COMUNIDAD DE MADRID: Colmenar Viejo San Sebastián de los Reyes EXTREMADURA: Talarrubias CASTILLA - LA MANCHA: Guadalajara Toledo ANDALUCÍA: Alcázar de San Juan Alcalá del Río Albacete Granada Puertollano Almería Daimiel Villarrasa asa MURCIA: Murcia El Andévalo Nueva Carteya Albox BALEARES: Ibiza COMUNIDAD VALENCIANA: Alcora Alicante Jijona

8 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS ASPECTOS A TENERENCUENTAA A LA HORA DEAPROVECHAR ELBIOGÁS: Tecnologías de aprovechamiento energético Calidad del biogás disponible Técnicas de análisis del biogás

9 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS ASPECTOS A TENERENCUENTAA A LA HORA DEAPROVECHAR ELBIOGÁS: Tecnologías de aprovechamiento energético Calidad del biogás disponible Técnicas de análisis del biogás

10 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS Los motores de cogeneración son la tecnología más aplicada para el aprovechamiento energético del biogás. CESPA: 23 motores de cogeneración 33,8 MWe instalados INCONVENIENTES Los motores de cogeneración no son económicamente viables cuando: Q biogás < 300 Nm³/h Contenido en CH 4 inferior al 40% Solución propuesta por el Departamento Técnico de CESPA: MICROTURBINAS

11 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA BIOGÁS. Tecnologías MOTOR 1 MW MICROTURBINA 30 kw MODULARIDAD > 600 kw kw CONCENTRACIÓN Min. CH 4 40% 35% EFICIENCIA ELÉCTRICA 40% 26% EFICIENCIA TÉRMICA 41% 57% RODAMIENTOS Aceite Aire. No lubricantes MANTENIMIENTO Elevado debido a las Bajo. Sólo una parte partes móviles móvil EMISIONES CO 2 NOx CO 2 NOx

12 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS ASPECTOS A TENERENCUENTAA A LA HORA DEAPROVECHAR ELBIOGAS: Tecnologías de aprovechamiento energético Calidad del biogás disponible Técnicas de análisis del biogás

13 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS. Calidad La viabilidad técnica y económica de una planta de recuperación de energía puede verse comprometida a causa de la presencia de contaminantes en el biogás. Los siloxanos yelsulfuro de hidrógeno son los contaminantes más problemáticos: LÍMITE LÍMITE MÁX. CONCENTRACIÓN MOTORES MICROTURBINAS VERTEDEROS CESPA Siloxanos (mg/nm³ch 4 ) 10 0, H 2 S (mg/nm³ch 4 ) Innovaciones técnicas propuestas por el Departamento Técnico de CESPA: Optimización del tratamiento biológico para H 2 S y desarrollo de un proceso de eliminación acó biológica boógcade siloxanos soaos

14 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DEL BIOGÁS ASPECTOS A TENERENCUENTAA A LA HORA DEAPROVECHAR ELBIOGÁS: Tecnologías de aprovechamiento energético Calidad del biogás disponible Técnicas de análisis del biogás

15 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA BIOGÁS. Análisis Para evaluar la eficiencia de la mejora de los procesos de depuración tenemos que ser capaces de conocer la concentración de H 2 S y siloxanos del biogás. Diferentes metodologías de captura y análisis de siloxanos presentan una gran variabilidad en los resultados: problemas con las garantías de los equipos y con el seguimiento de los sistemas de depuración. Innovaciones técnicas propuestas por el Departamento Técnico de CESPA: Desarrollo de una metodología fiable para la captación y análisis de siloxanos

16 VALORIZACIÓN ENERGÉTICA BIOGÁS. Resumen Demostrar la aplicación de microturbinas para la obtención de electricidad en depósitos controlados con pequeña producción de biogás o bajo contenido en CH 4. Optimizar los métodos biológicos para depuración de H 2 S y desarrollar un nuevo método de depuración biológica de siloxanos. Desarrollar una metodología fiable para la captura y análisis de siloxanos PROYECTO MICROPHILOX

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18 MICROPHILOX. Datos principales Socios: CESPA, PROFACTOR, IQS, PEINUSA Duración: 42 meses Presupuesto: Contribución financiera LIFE Medio Ambiente: Biogás Detección H 2 S Detección Siloxanos Método de captura y análisis Depuración biológica de biogás: eliminación H 2 S y siloxanos VERTEDERO Instalaciones vertedero Electricidad MICROTURBINAS BIOGAS 2 x 30 kwe Lixiviado Tratamiento lixiviado + Planta Secado térmico Calor

19 MICROPHILOX. Ubicación del proyecto Vertedero gestionado por CESPA y propiedad del Consell Comarcal d Osona. DEPÓSITO CONTROLADO DE ORÍS Da servicio a personas y recibe t residuo urbano /año. Situación en 2005: Q= 80 m³/h m/h, 40% CH 4 Biogás quemado en antorcha Consumo eléctrico importante: planta lixiviados

20 MICROPHILOX. Instalación A. Planta de aprovechamiento energético B. Planta de depuración biológica de biogás C. Desarrollo de una metodología para la captura y análisis de siloxanos

21 MICROPHILOX. Planta aprovechamiento energético Parámetros de diseño Biogás Orís Límites Capstone Q 80 m³/h 2x 30 kwe Capstone C30 [CH 4 ] 40% Q = 60 Nm³/h [H 2 S] 12,9 ppm [Siloxanos] 3 ppm < > ppm 5 ppb Filtro Carbón Activo m³/h m³/h m³/h 15 m³/h 15 m³/h 13 m³/h BTF H 2 S 2 m³/h BTF Siloxanos 15 m³/h BBCS Profactor Filtro Carbón Activo m³/h

22 MICROPHILOX. Planta aprovechamiento energético PLANTA DE DESGASIFICACIÓN Antorcha UNIDAD TRATAMIENTO Manómetro Colector biogás Soplante Válvula reguladora de presión Filtro partículas Filtro carbón activo Compresor

23 MICROPHILOX. Planta aprovechamiento energético MICROTURBINAS COMPRESOR AIRE Tuberías biogás MICROTURBINA Alternador Inyector biogás

24 MICROPHILOX. Planta aprovechamiento energético RECUPERACIÓN CALOR Aprovechamiento de los gases de escape de la microturbina en el proceso de secado térmico de lixiviados del vertedero. LIFE 2003 PROYECTO CLONIC CIERRE DEL CICLO DE NITRÓGENO EN EL TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS MEDIANTE MÉTODOS BIOLÓGICOS DE ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO A PARTIR DE NITRATO Y TRATAMIENTO TÉRMICO

25 MICROPHILOX. Seguimiento PARÁMETROS FUNCIONAMIENTO MICROTURBINAS (2 X 30 kwe) Disponibilidad Microturbina 1: 90% Disponibilidad Microturbina 2: 89% Promedio energía generada: 2 x 26 kw Mín. CH 4 trabajado: 31% Costes mantenimiento: 0,029 /kwh MOTOR COGENERACIÓN 1 MW Disponibilidad : 90% Mín. CH 4 exigido: 40% Costes mantenimiento: i t 0, /kwh

26 MICROPHILOX. Seguimiento SEGUIMIENTO GASES COMPOSICIÓN ESCAPE PROMEDIO GASES ESCAPE MICROTURBINA CO NOx SO 2 (mg/nm³) (mg/nm³) (mg/nm³) 5% O 2 15% O 2 5% O 2 15% O 2 5% O 2 15% O 2 Microturbina Gases escape motor cogeneración <1MW RD 319/1998 (Turbinas, Gas natural, <50 MWe) RD 319/1998 (Combustible gaseoso, motores tipo Otto, <50MWe)

27 MICROPHILOX. Instalación A. Planta de aprovechamiento energético B. Planta de depuración biológica de biogás C. Desarrollo de una metodología para la captura y análisis de C. Desarrollo de una metodología para la captura y análisis de siloxanos

28 MICROPHILOX. Depuración biológica BIOFILTRO PERCOLADOR H 2 S Columna Burbujeo BIOFILTRO PERCOLADOR Siloxanos recirculación líquida aire recirculación líquida biogás Material inerte con microorganismos (bacteria genus Thiobacillus) biogás limpio aire Biogás del biofiltro de H 2 S biogás limpio Material inerte con microorganismos (bacteria genus Pseudomonas fluerescens) drenaje agua, ácidos/ bases, nutrientes Biofiltro percolador Orís 15 m³/h drenaje agua, ácidos/ bases, nutrientes. Prototipo Biofiltro percolador prueba de campo Orís 2 m³/h

29 MICROPHILOX. Depuración biológica PROTOTIPO DE BIOFILTRO DE DEPURACIÓN DE BIOGÁS (BBCS) INSTALADO EN ORÍS: m³/h m³/h m³/h 15 m³/h 15 m³/h 13 m³/h BTF H 2 S 2 m³/h BTF Siloxanos Ensayos durante 9 meses. 15 m³/h BBCS Profactor Filtro Carbón Activo Para un funcionamiento adecuado del sistema de depuración es necesario un flujo estable de biogás Eficiencias de depuración para el biofiltro de H 2 S de hasta un 95% Solo se consiguió depuración de siloxanos en las pruebas de laboratorio, no en el biofiltro instalado en el vertedero m³/h Micro turbinas

30 MICROPHILOX. Instalación A. Planta de aprovechamiento energético B. Planta de depuración biológica de biogás C. Desarrollo de una metodología para la captura y análisis de C. Desarrollo de una metodología para la captura y análisis de siloxanos

31 MICROPHILOX. Captura y análisis de siloxanos MÉTODOS DE CAPTURA DE SILOXANOS EN BIOGÁS: Bolsas Tdl Tedlar TM TM BIOGAS SILOXANOS IMPINGERS con disolvente TUBOS adsorbentes MÉTODOS DE ANÁLISIS DE SILOXANOS EN BIOGÁS: SILOXANOS ANALISIS CROMATOGRA FICO HRGC MS SIM SCAN

32 MICROPHILOX. Estudio económico ambiental Evaluación técnica, económica y ambiental de la gestión del biogás en el vertedero de Orís para distintos escenarios ESCENARIO 1 BIOGÁS ESCENARIO 2 BIOGÁS ANTORCHA SOPLANTE ANTORCHA LANDFILL MICROTURBINAS ESCENARIO 3 ESCENARIO 4 BIOGÁS ANTORCHA BIOGÁS ANTORCHA FILTRO CA Biofiltro H 2 S Siloxano MICROTURBINAS MICROTURBINAS

33 MICROPHILOX. Estudio económico ambiental ESCENARIO 1 ESCENARIO 2 ESCENARIO 3 ESCENARIO 4 (Antorcha) (Sin tratamiento) (Filtro CA) (Biofiltro) Balance ( /año) Balance ( /año) Balance ( /año) Balance ( /año) Costes económicos Costes ambientales /año /año /año /año Emisiones i evitadas gracias al uso de biogás* 105 teqco 2 /año 140 teqco 2 /año 140 teqco 2 /año *Fuente: Observatorio eléctrico 2008 WWWF/Adena

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35 CONCLUSIONES Las microturbinas son técnicamente viables para la generación de energía con biogás de vertedero. La depuración del biogás es un punto clave para el correcto funcionamiento de la microturbina así como para la viabilidad económica de la planta. Las microturbinas son capaces de trabajar con biogás de bajo contenido en metano (31%). Las microturbinas presentan menores emisiones que los motores de cogeneración. El biofiltro de H 2 S desarrollado ha logrado eficiencias hasta 95% optimizando técnica y económicamente la eliminación de H 2 S. El biofiltro de siloxanos no ha logrado los resultados esperados y es necesario seguir con su desarrollo. Se ha desarrollado y demostrado la fiabilidad de la metodología para la captura y análisis de siloxanos. El procedimiento desarrollado incluye la absorción de siloxanos utilizando carbón activo, desorción con hexano y análisis con HRGC MS (SIM/SCAN). En cuanto a los impactos económicos y ambientales, la recuperación de biogás para la generación de energía con depuración previa del biogás, es la mejor opción.

36 RECONOCIMIENTOS El proyecto MICROPHILOX ha recibido diversos premios: IX Premios Garrigues Medio Ambiente 2006 en la categoría de Innovación, Desarrollo y aplicación de mejores tecnologías organizado por Garrigues Medio Ambiente y Expansión. Globe Energy Award para España 2006 Bioenergia Plata 2008, concedido por la Asociación Técnica para la Gestión de Residuos y Medio Ambiente (ATEGRUS). BEST of BEST LIFE Environment Awards 2009

37 Graciaspor vuestra atención Elísabet González Técnico I+D CESPA